1. Nature Commun.：成對溶劑表面活性劑實現(xiàn)POM團簇-聚合物共組裝構筑多孔金屬氧化物 通過有機-無機分子組裝能夠形成多種多樣的納米/微米結構材料，并且實現(xiàn)優(yōu)異的性能，但是有機-無機分子的組裝取決于有機結構導向分子和客體無機物種之間的相互作用。有鑒于此，復旦大學鄧勇輝等報道“溶劑表面活性劑”（solvent-pair surfactants）自組裝SPEA（“solvent-pair surfactants” enabled assembly）策略，因此在構筑多孔結構材料的過程避免主客體相互作用。1）通過這種成對溶劑自組裝策略合成金屬氧化物。比如使用二甲基酰胺/水作為溶劑對，起到表面活性劑作用，誘導形成多金屬氧酸鹽/共聚物納米復合材料，并且進一步將其轉變?yōu)榻饘傺趸铩?/span>2）這種SPEA方法成功的合成孔尺寸、結構、組成、孔壁微型結構等具有區(qū)別的功能性規(guī)則多孔金屬氧化物。這種效果難以通過傳統(tǒng)的有機-無機組裝方法合成。使用這種方法合成的氮摻雜多孔WO3具有高比表面積，均勻的多孔結構，穩(wěn)定的結構，并且在氣體傳感等領域展示廣泛的應用前景。
Wenhe Xie, et al, Solvent-pair surfactants enabled assembly of clusters and copolymers towards programmed mesoporous metal oxides. Nat Commun 14, 8493 (2023)DOI: 10.1038/s41467-023-44193-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-023-44193-z
2. Nature Commun.：Janus粒子組裝手性膠體簇
Janus粒子能夠在表面吸引性“貼片”改變排斥性的表面，因此這種特點使得Janus粒子廣泛應用于各向異性膠體粒子的組裝。雖然目前合成粒子的方法能夠控制“貼片”的大小，但是通常這種“貼片”只能局限于對稱性較高的特定形貌。有鑒于此，香港大學王宇峰、南洋理工大學倪冉等合成具有形貌多種多樣“貼片”的Janus粒子，而且“貼片”的對稱性從C2v擴展至C3v和C4v。，實現(xiàn)了組裝構筑復雜結構膠體粒子。 1）通過封裝在UiO-66內(nèi)的方式合成Janus粒子。組裝過程包括逐步的對暴露UiO-66的特定晶面從而進行非對稱去濕處理。Janus粒子由于排空作用（depletion interaction）組裝形成與顆粒形貌和“貼片”對稱性有關的膠體簇。2）作者在組裝過程中發(fā)現(xiàn)形成了手性結構，而且手性的產(chǎn)生來自非手性構筑結構單元。這項策略能夠將對稱結構和成鍵的方向進行編程，從而有助于使用組裝策略構筑復雜的膠體超結構。
Tianran Zhang, et al, Janus particles with tunable patch symmetry and their assembly into chiral colloidal clusters. Nat Commun 14, 8494 (2023) DOI: 10.1038/s41467-023-44154-6https://www.nature.com/articles/s41467-023-44154-63. Chem：鍺鈣鈦礦中具有調(diào)諧維度的光學帶隙反常由于量子約束（QC）效應的減弱，2D鹵化物鈣鈦礦（HP）的光學帶隙通常隨著無機層厚度的增加而減小。近日，北京大學Fu Yongping、Li Chen報道了鍺鈣鈦礦中具有調(diào)諧維度的光學帶隙反常。1) 作者報道了一類Ge基HPs的反向帶隙趨勢，這是通過選擇有機陽離子實現(xiàn)的，隨著無機層厚度的增加，其在Ge2+陽離子上表現(xiàn)出增強的立體化學孤對表達（LPE）。作者發(fā)現(xiàn)增強的LPE分別由小間隔陽離子和大籠A陽離子引起的協(xié)同層間壓縮和層內(nèi)膨脹引起。2) 實驗和理論研究表明，這種增強的LPE可以使帶隙上移，這足以抵消QC效應，導致帶隙反常具有調(diào)諧維度。該結果揭示了一種以前未被充分探索的途徑，通過層間和層內(nèi)工程合理控制LPE來調(diào)節(jié)2D HPs的光學和電子特性。
Xinyu Li, et al. Optical bandgap anomaly with tuning dimensionality in germanium perovskites: Interplay between quantum confinement and lone pair expression. Chem 2023DOI: 10.1016/j.chempr.2023.11.011https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.11.0114. PNAS：一種具有電子云設計的聚亞胺氣凝膠隔膜可用于促進穩(wěn)定鋰金屬電池的鋰離子傳輸具有高楊氏模量的隔膜可以避免大尺寸枝晶的危害，但調(diào)節(jié)鋰（Li）在隔膜/陽極界面的化學行為可以有效消除枝晶問題。近日，上海交通大學Zhang Xinhai、Yan Xuzhou、Liang Zheng將具有精確氮（N）功能設計的聚亞胺氣凝膠（PIA）用作鋰金屬電池中的功能隔膜，以促進均勻的鋰成核并抑制枝晶生長。 1) PIA分子結構中的亞胺（N1）和質(zhì)子化叔胺（N2）位點的電子云密度（ECD）分布顯著不同。具有較高ECD的N1位點和具有較低ECD的N2位點分別傾向于通過靜電相互作用吸引和排斥Li+。PIA隔膜的這種協(xié)同效應加速了界面Li+在Li陽極上的擴散，以維持均勻的二維Li成核行為。同時，PIA隔膜的納米通道具有對電解質(zhì)的高親和力，并為Li電鍍/剝離帶來均勻的Li+通量。2) 在常規(guī)碳酸鹽電解質(zhì)中，PIA隔膜有效抑制了枝晶，并且具有PIA隔膜的鋰金屬電池具有高庫侖效率和穩(wěn)定的高速循環(huán)。這些發(fā)現(xiàn)表明，特殊的化學結構設計和分級孔隙結合可以使隔膜影響界面Li的成核行為。
Luoyi Ding, et al. A polyimine aerogel separator with electron cloud design to boost Li-ion transport for stable Li metal batteries. PNAS 2023 DOI: 10.1073/pnas.2314264120https://doi.org/10.1073/pnas.23142641205. PNAS：儲層結構設計實現(xiàn)高效穩(wěn)定的酸性CO2電解制甲酸通過在酸性電解質(zhì)中還原二氧化碳（CO2）來電化學合成有價值的化學品和原料，可以克服在堿性和中性條件下相當大的CO2損失。然而，由于激烈的競爭性析氫反應，在酸性電解質(zhì)中實現(xiàn)高生產(chǎn)率仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。近日，中國科學技術大學Tang Kaibin、Gao Minrui通過儲層結構設計實現(xiàn)高效穩(wěn)定的酸性CO2電解制甲酸。1) 作者表明，在氣體擴散層上垂直生長的鉍納米片可以產(chǎn)生許多空腔作為電解質(zhì)儲層，這些空腔限制原位產(chǎn)生的氫氧根和鉀離子，并限制質(zhì)子向內(nèi)擴散，從而產(chǎn)生局部堿性環(huán)境。2) 基于此設計，作者在pH為2時實現(xiàn)了96.3%的甲酸法拉第效率和471 mA cm?2的電流密度。當在連續(xù)流電解槽中運行時，該系統(tǒng)具有40%的全池甲酸能量效率和79%的單程碳效率，并在50小時內(nèi)穩(wěn)定運行。
Li-Ping Chi, et al. Efficient and stable acidic CO2 electrolysis to formic acid by a reservoir structure design. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2312876120https://doi.org/10.1073/pnas.23128761206. PNAS：通過優(yōu)先乙二醇氧化提高Cu?O?Ti活性位點上NO3-還原為NH3的效率和選擇性還原和氧化反應的結合是太陽能驅動光氧化還原系統(tǒng)的本質(zhì)，然而大多數(shù)研究集中在特定的半反應上，而完全光氧化還原反應的關鍵作用卻被忽視。硝酸鹽還原反應（NO3?RR）作為一個典型的多電子參與過程，將NO3?高效選擇性還原為氨（NH3）仍然是一個巨大挑戰(zhàn)。在此，電子科技大學Dong Fan利用合理的氧化半反應在Cu?O?Ti活性位點上實現(xiàn)NO3?到NH3的選擇性轉化。 1) 作者通過將NO3?RR與乙二醇氧化反應體系偶聯(lián)發(fā)現(xiàn)，在Cu?O?Ti雙金屬氧化物團簇錨定的TiO2納米片上，NH3光合作用速率為16.04±0.40 mmol g?1 h?1，NO3?轉化率為100%，NH3選擇性幾乎為100%。2) 綜合原位表征和理論計算表明，乙二醇的引入加速了烷氧基（?R）自由基形成的h+消耗，以避免?OH自由基的產(chǎn)生。Cu?O?Ti位點的構建促進了乙二醇與h+的優(yōu)先氧化，并增強了e?的產(chǎn)生以參與NO3?RR。
Ruimin Chen, et al. Promoting the efficiency and selectivity of NO3??to?NH3 reduction on Cu?O?Ti active sites via preferential glycol oxidation with holes. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2312550120https://doi.org/10.1073/pnas.2312550120長期以來，動力學一直在多相催化過程中發(fā)揮著重要作用。結合機器學習和先進的模擬技術，意大利理工學院Michele Parrinello研究了N2在Fe（111）表面的三鍵。1) 作者發(fā)現(xiàn)，在低溫下的結果與公認的情況一致。然而，如果提高溫度以達到工作條件，表面會發(fā)生全局動力學演變，F(xiàn)e（111）表面的臺階結構會不穩(wěn)定，并且與該表面相關的催化位點不斷出現(xiàn)和消失。2) 作者通過模擬說明了將低溫結果外推到操作條件的不足，并表明催化活性只能從充分考慮動力學的計算中推斷出來。作者還表明，正是向這種高度波動的界面環(huán)境演變推動了催化過程。
Luigi Bonati, et al. The role of dynamics in heterogeneous catalysis: Surface diffusivity and N2 decomposition on Fe(111). PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2313023120https://doi.org/10.1073/pnas.2313023120 8. PNAS：構建分子金屬在異相金屬烯上的中繼催化實現(xiàn)高性能可充電硝酸鋅/乙醇電池硝酸鋅電池可以將能源供應、氨電合成和污水處理集成到一個電化學設備中。然而，目前的硝酸鋅電池仍存在能量密度低和充電能力差的問題。在此，新加坡科技研究局Xi Shibo、香港理工大學Zhu Ye、Huang Bolong、香港城市大學Fan Zhanxi報道了四苯基卟啉（tpp）修飾異相（非晶/結晶）銠銅合金金屬烯（RhCuM-tpp）的合成。1) 作者以RhCu M-tpp為雙功能催化劑，在中性溶液中進行硝酸鹽還原反應（NO3RR）和乙醇氧化反應，并成功構建了一種高可充電、低過電位的硝酸鋅/乙醇電池，該電池具有117364.6 Wh kg?1的能量密度、優(yōu)異的倍率性能、約400次循環(huán)的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性。2) 原位實驗研究和理論計算表明，在RhCu M-tpp上的NO3RR中存在分子金屬中繼催化，其通過低能壘途徑顯著促進氨的選擇性和反應動力學。該工作為高性能鋅基混合能源系統(tǒng)提供了一種有效的多功能金屬基催化劑設計策略。
Jingwen Zhou, et al. Constructing molecule-metal relay catalysis over heterophase metallene for high-performance rechargeable zinc-nitrate/ethanol batteries. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2311149120https://doi.org/10.1073/pnas.23111491209. EES：提高海水電解OER選擇性和穩(wěn)定性的高效策略由可再生能源（如風能、太陽能和潮汐能）驅動的海水電解為生產(chǎn)高能量密度氫氣（H2）提供了一條有效途徑，這是碳中和的能源生產(chǎn)框架中一項極具應用前景的技術。與有限的淡水資源相比，海水是一種豐富的資源，由于其緩解了日益增長的淡水使用需求，因此海水電解越來越受到關注。然而，由于氯化物誘導的競爭性氧化反應和腐蝕，導致海水電解中的析氧反應（OER）選擇性低，穩(wěn)定性差，嚴重影響了海水電解的H2生產(chǎn)效率，阻礙了該技術的實際應用。近日，哈佛大學Zhang Xingcai、周口師范學院Jin Lin全面綜述了OER在海水電解中的最新進展，重點介紹了目前通過合理設計電催化劑、電解質(zhì)和電解槽來實現(xiàn)高OER選擇性和穩(wěn)定性的有效策略。 1)作者首先對提高海水電解中OER選擇性的設計策略進行了分類，包括堿性設計準則、選擇性OER活性位點設計、Cl-阻擋層修飾、三維分級結構構建和工程表面潤濕性。2) 此外，作者通過建立表面保護層、原位生成防腐物種、構建結構緩沖工程、在電解液中添加添加劑和設計電解槽等有效策略，可以顯著提高OER的穩(wěn)定性。最后，作者還提出了海水電解系統(tǒng)進一步發(fā)展的剩余挑戰(zhàn)和未來展望。
Jingbin Huang, et al. Highly efficient strategies to boost OER selectivity and stability for seawater electrolysis towards carbon-neutral. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE03363E10. EES：滑動柵極操作的場效應納米發(fā)電機控制半導體材料中電荷載流子的運動是實現(xiàn)許多功能器件的基本策略，這通常是通過施加外部電壓源來實現(xiàn)的。近日，廣西大學Pu Xiong、中國科學院北京納米能源與納米系統(tǒng)研究所Wang Lin將摩擦電材料視為滑動“柵極”，當柵極平行于電介質(zhì)表面移動時，在半導體溝道上產(chǎn)生功能電流。1) 系統(tǒng)研究證實，帶電“柵極”的運動會引起半導體溝道的區(qū)域和動態(tài)摻雜，從而在不施加外部電壓的情況下驅動載流子傳輸。這種滑動柵極發(fā)電機基于耦合的摩擦帶電效應和靜電場效應實現(xiàn)了機械能到電能的轉換，因此被稱為場效應納米發(fā)電機（FENG）。2) 它可以輸出波形與柵極滑動速度一致的電流，這使它不同于具有瞬時輸出的感應摩擦電納米發(fā)電機。同時，它可以產(chǎn)生比滑動模式摩擦電納米發(fā)電機高3倍的平均功率密度。
Chongxiang Pan, et al. Field Effect Nanogenerator as Operated by Sliding Gates. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE03496H
11. Angew：π -π相互作用誘導的有機長波長室溫磷光用于活體動脈粥樣硬化斑塊成像
室溫磷光(RTP)材料能夠避免生物組織自發(fā)熒光的干擾，在體內(nèi)成像應用方面具有巨大的應用潛力。有鑒于此，南開大學丁丹教授和溫州大學雷云祥研究員以苯并[c][1,2,5]噻二唑為客體，構建了一類有機摻雜的長波長(600 nm)RTP材料。1）該RTP材料的主體分子和客體分子都具有簡單的結構，能夠以較低的成本直接通過商業(yè)途徑購買。研究發(fā)現(xiàn)，由于該摻雜體系的磷光波長較長，因此其能夠表現(xiàn)出良好的組織穿透性能(10 mm)。2）實驗結果表明，該RTP納米顆粒能夠被成功地用于動脈粥樣硬化斑塊的成像，其信號背景比(SBR)為44.52。綜上所述，該研究為構建廉價、能夠用于心血管疾病成像的紅色有機磷光材料提供了一種新的方法。
Yufan Zhang. et al. π–π Interaction-Induced Organic Long-wavelength Room-Temperature Phosphorescence for In Vivo Atherosclerotic Plaque Imaging. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202313890https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202313890開發(fā)了一種基于量子力學數(shù)據(jù)的新型反作用力場，用于描述水性鋅離子電池（ZIBs）中鋅電極-電解質(zhì)界面（EEI）化學的形成。近日，香港科技大學Luo Zhengtang、加州理工學院William A. Goddard III、華南理工大學Yuan Bin使用反應分子動力學（RMD）模擬來跟蹤EEI中的Zn還原和陽極結構演變。1) 研究發(fā)現(xiàn)，在軸向壓力作用下，鋅枝晶的形成受到抑制。這與加速離子傳輸和還原的同時增加對水平（002）面生長的偏好有關。作者觀察到雙電層內(nèi)Zn離子的壓力誘導去溶劑化，這促進了更快的還原動力學。2) 研究發(fā)現(xiàn)，軸向壓力通過降低成核過程中的軸向原子應力和增加側向吸附原子擴散來穩(wěn)定（002）面上的吸附原子，從而減少原子尺度枝晶的形成。最后，作者通過實驗表征和電化學測試證實了這些結果。
Yuyin Li, et al. The Zn Deposition Mechanism and Pressure Effects for Aqueous Zn Batteries: A Combined Theoretical and Experimental Study. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303047https://doi.org/10.1002/aenm.202303047
